Имитация работы NMDA-рецептора улучшила обучение ИИ

Карликовые пауки вида Mermessus fradeorum бывают носителями до пяти эндосимбионтов, в том числе бактерий рода Wolbachia. Один из штаммов этой бактерии, W1, влияет на определение пола пауков — носители этого штамма развиваются в самок, даже будучи генетическими самцами. Это искажает соотношение полов и способствует распространению вольбахии, однако в диких популяциях распространенность штамма W1 сохраняется на среднем уровне. Ученые из Израиля и США обнаружили, что баланс поддерживается за счет температурных воздействий окружающей среды. 

Исследователи подвергли молодых пауков, колонизированных W1, воздействию повышенной (от 27° до 28°C) температуры — она имитировала летний дневной нагрев. Пауки развились в самок и отложили яйца при стандартной (20°C) температуре. Однако в их потомстве соотношение полов изменилось, и фенотип соответствовал генотипу. Аналогичный эффект наблюдался и в следующем поколении, то есть у внуков нагретых пауков. 

Ученые подробнее проанализировали, как температурное воздействие влияет на состав микробиоты. Они выявили сдвиги в динамике эндосимбионтов, соотносившиеся с обнаруженным эффектом. Изначально под воздействием тепла уровни W1 возросли, однако ее способность передаваться следующему поколению ослабла. В целом генетические самцы реже развивались в самок при высокой численности эндосимбионтов рода Rickettsiella, полной потерей представителей Tisiphia и снижением передачи Wolbachia W1 потомству.

Способны ли животные к эмпатии, или это чисто человеческая черта? Многие владельцы домашних животных с уверенностью утверждают, что эмпатия животным присуща. С другой стороны, люди склонны приписывать питомцам человеческие черты. А что насчет крыс?

Чтобы ответить на вопрос о наличии эмпатии у животных, ученые наблюдают за их поведением. Еще в 2011 году в Science вышла статья, в которой был описан эксперимент, вроде бы позволивший проявиться эмпатии у крыс. Две крысы жили в большой клетке и хорошо знали друг друга. Одну крысу заперли в маленькую узкую клетку, где она едва могла двигаться, и которую можно было открыть только снаружи. Другая — голодная — крыса могла свободно передвигаться. Ей был доступен шоколад и механизм для открытия маленькой клетки. Она освободила крысу из клетки, а затем поделилась шоколадом.

Некоторые исследователи приняли это за доказательство эмпатии, но были и скептики. В новой работе международная группа исследователей создала многомерные профили эмпатии, которые позволяют оценить эмпатию у разных видов животных. В них входит регистрация чужих эмоций, ситуации и психического состояния (последнее требует theory of mind, модели психического состояния), а также гибкость поведения (не основанного на инстинкте) и социальная координация (включая альтруизм действий).

Авторы показали, что крысы обладают первыми двумя способностями (регистрация эмоций и ситуации) в умеренной степени, но регистрация чужих психических состояний (кроме центральной эмоции) практически отсутствует. Гибкость у крыс ярко выражена, но они лишь умеренно способны корректировать свое поведение на основе поведения других. Таким образом, по мнению авторов, крысы обладают эмпатией, но это не тот же тип эмпатии, что и у людей.

Глобальное изменение климата угрожает любимому напитку миллиардов людей — кофе. Ежегодно потребляется порядка 10 млн тонн кофе, и почти всегда это зерна двух видов — робуста (Coffea canephora) и арабика (Coffea arabica). Но арабика может погибнуть, если температура вырастет всего на несколько градусов, а робуста требует большого количества воды для полива, и при засухе урожай значительно снижается. Считается, что 50% территории, на которой сейчас растет арабика, станет непригодной для выращивания кофе к 2050 году. 

Производители кофе уже предпринимают шаги для сохранения урожая. Они выращивают кофе в тени других деревьев, что снижает эрозию и улучшает состав почвы. Применение лучшей техники мульчирования, обрезки и защиты от вредителей тоже может спасти урожай в сложных климатических условиях. Но иногда этого недостаточно.

В природе и коллекциях сохранилось большое количество генетически разнообразных сортов арабики для разведения и генетической инженерии, в том числе сорта, устойчивые к повышенным температурам и засухе. Существуют и другие виды из рода Coffea, например, C. liberica и C. excelsa, более терпимые к жаре.

Другие исследователи предлагают новые способы более рационального использования тех зерен, которые все же удалось вырастить. Например, они получают более грубый помол или напротив, очень мелкие частицы кофе, и смотрят, как это отразится на вкусе. Данных пока не так много, но оказалось, например, что более мелкие частицы слипаются друг с другом и не дают преимуществ во вкусе, если зерна предварительно не намочить. 

Наука о кофе еще молода, а изучение этого напитка сопряжено с определенными трудностями. Так, в чашке кофе содержится более 2000 органических соединений, концентрации которых зависят от условий выращивания и обжарки. Также трудно объективно оценивать вкус. Но усилия по сохранению кофе все равно предпринимаются.

Исследователи из США обнаружили, что насекомые предсказуемо реагируют на изменения влажности, то есть влажность является зейтгебером, как температура или свет. Некоторые насекомые были активнее в сухой период, другие — во влажный или переходный. Если после такого «обучения» оставить влажность неизменной, насекомые продолжают вести себя в соответствии с ранее заданным циклом. Исследование было опубликовано в npj Biological Timing and Sleep.

По словам авторов, мало кто изучал ритмы влажности и их влияние на организм. Свет и температура — хорошо известные факторы окружающей среды, которые могут синхронизировать циркадные ритмы. Но влажность тоже ежедневно колеблется, хотя и не так предсказуемо. Для человека влажность скорее влияет на комфорт, но для насекомых это вопрос выживания. Им было бы полезно предвидеть, когда влажность будет для них оптимальной. Авторы поместили триатомовых клопов, плодовых мушек, комаров и жуков в контролируемые условия и показали, что они действительно предсказуемо реагируют на колебания влажности, хотя и не так значительно, как на температуру и свет. Комары продемонстрировали наименьшую поведенческую связь с влажностью.

Для выращивания основных сельскохозяйственных культур, таких как пшеница и кукуруза, необходимы дорогостоящие азотные удобрения. Почвенные бактерии рода Rhizobium, фиксирующие атмосферный азот, могли бы решить эту проблему, если бы вступали в симбиоз с широким спектром растений — в природе их хозяевами главным образом являются бобовые. Авторы статьи в Current Biology показали, как придать способность к азотфиксации бактериям, обитающим на зерновых культурах.

Ризобии способны инициировать формирование клубеньков на корнях растения-хозяина и фиксировать азот в качестве эндосимбионта. Ключевую роль в таком эндосимбиозе играют гены, входящие в состав особой группы мобильных генетических элементов — «островков симбиоза». Ученые вносили островки симбиоза в штаммы, изначально неспособные образовывать клубеньки, и оказалось, что этого было достаточно для получения эндосимбионтов de novo. 

Около трети модифицированных бактерий стали азотфиксирующими мутуалистами — они приобретали не только способность формировать клубеньки, но и эту черту метаболизма. Перенос островков симбиоза от близкородственных штаммов приводил к более активной фиксации азота, чем в случаях, когда штамм-донор и штамм-реципиент были филогенетически далеки друг от друга. Ограничений, которые приводили бы к несовместимости донора и реципиента, авторы не обнаружили. Работа демонстрирует, как горизонтальный перенос мобильных генетических элементов расширяет экологическую нишу бактерий и влияет на растение-хозяина.